廣告霓虹燈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳翰揚(yáng)，吉同舟

（南京師范大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇 南京210000）

夜晚的城市總是與五彩斑斕的霓虹燈相伴的，霓虹燈的多種變化，實(shí)質(zhì)上都是通過(guò)編程控制的，例如控制霓虹燈燈管的亮滅、流水燈的分組亮滅等。設(shè)計(jì)霓虹燈時(shí)需要綜合考慮控制的便捷性、可靠性、穩(wěn)定性，PLC編程控制具有程序簡(jiǎn)單直觀、運(yùn)行穩(wěn)定、能有效抗干擾等特點(diǎn)。并且在順序的安排調(diào)控方面，對(duì)比其他很多的控制方法，PLC都有著十分顯著的優(yōu)異表現(xiàn)，因此現(xiàn)實(shí)中也多數(shù)會(huì)采用PLC對(duì)霓虹燈進(jìn)行控制。

1 發(fā)展前景

PLC的中文全稱通常被稱為可編程邏輯控制器，作為一種電子系統(tǒng)，PLC采用了數(shù)字運(yùn)算的操作方式，這是為了它在工業(yè)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用而專門做出的特殊設(shè)計(jì)。為了其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，在執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)、計(jì)數(shù)與算數(shù)操作等面向用戶的指令時(shí)，可以通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，它采用一類可編程的儲(chǔ)存器。PLC編程控制具有程序簡(jiǎn)單直觀、運(yùn)行穩(wěn)定、能有效抗干擾等特點(diǎn)，也正是憑借著這些特點(diǎn)，它在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展前景。

同時(shí)，隨著改革開放的不斷深入，國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們對(duì)于精神層面愉悅的追求變多，因此各城市都在進(jìn)行亮化工程。各企業(yè)也大都采用霓虹燈廣告屏這一最為直觀的廣告手法來(lái)宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品。當(dāng)我們夜晚在大街小巷行走時(shí)，隨處可見的霓虹燈廣告屏，可見霓虹燈廣告屏的發(fā)展前景也很廣泛。

2 設(shè)計(jì)功能要求

廣告屏的組成器件共有8根燈管，24只流水燈，流水燈共分為6組，每組4只燈。期望達(dá)到的控制效果如下：（1）將廣告屏上的8根燈管編號(hào)，從左往右依次是1至8號(hào)，首先1～8號(hào)燈管依次亮，其間間隔為1秒，8根燈管全亮后，狀態(tài)保持5秒，接著反序熄滅，時(shí)間間隔也設(shè)置為1秒，當(dāng)8根燈管完全熄滅后，再亮2秒。接著以8號(hào)燈管為起始燈管，依次點(diǎn)亮，時(shí)間間隔設(shè)置為1秒，8根燈管全亮后保持狀態(tài)5秒，再以1號(hào)燈管為起始燈管，按照1～8號(hào)燈管的順序熄滅，間隔設(shè)置為1秒，全部熄滅后，再亮2秒。以這種邏輯順序進(jìn)行運(yùn)行控制，無(wú)限循環(huán)。（2）流水燈共分為6組，分別為Ⅰ～Ⅵ組，每組4只燈，以Ⅰ組為起始流水燈，按照逆時(shí)針?lè)较蛞来瘟粒瑫r(shí)間間隔設(shè)置為1秒。（3）系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制開關(guān)，有獨(dú)立的起動(dòng)按鈕以及停止按鈕。單步/連續(xù)開關(guān)分別為“1”=單步，“0”=連續(xù)。（4）獨(dú)立的起動(dòng)和停止按鈕，可以控制燈管和流水燈在起動(dòng)和停止時(shí)的同步運(yùn)行（見圖1）。

圖1 霓虹燈廣告屏示意圖

3 硬件設(shè)計(jì)

（1）PLC選型：在滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并留有10%的備用量的情況下，可選用小型PLC，并不要求較大的控制系統(tǒng)。由于程序設(shè)有3個(gè)輸入，14個(gè)輸出，因此可選FX2N-48MR-001，該型號(hào)輸出輸入點(diǎn)數(shù)都為24個(gè)，不僅在最大限度上保證了控制的要求，同時(shí)也留下了足夠多的裕量。

（2）輸入輸出分配表如表1。

表1 輸入輸出分配表

（3）PLC的I/O接線圖如圖2。

圖2 I/O接線圖

4 軟件設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)要求的亮滅時(shí)序?yàn)椋菏紫?～8號(hào)燈管依次亮，其間間隔為1秒，8根燈管全亮后，狀態(tài)保持5秒，接著反序熄滅，時(shí)間間隔也設(shè)置為1秒，當(dāng)8根燈管完全熄滅后，再亮2秒。接著以8號(hào)燈管為起始燈管，依次點(diǎn)亮，時(shí)間間隔設(shè)置為1秒，8根燈管全亮后保持狀態(tài)5秒，再以1號(hào)燈管為起始燈管，按照1～8號(hào)燈管的順序熄滅，間隔設(shè)置為1秒，全部熄滅后，再亮2秒。以這種邏輯順序進(jìn)行運(yùn)行控制，無(wú)限循環(huán)。正序可設(shè)7個(gè)定時(shí)器讓8個(gè)燈依次點(diǎn)亮，并同時(shí)設(shè)令8個(gè)定時(shí)器，設(shè)置每個(gè)燈持續(xù)亮著的時(shí)間，在此之后熄滅。反序同上，只是改變輸出的順序即可。循環(huán)用主控指令和一個(gè)定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)完成即可。

由24只流水燈，4個(gè)一組分成6組，從Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1秒時(shí)間間隔依次向前移動(dòng)。設(shè)5個(gè)定時(shí)器讓6組流水燈以此點(diǎn)亮，并循環(huán)，循環(huán)用另一組主控和定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

因系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制開關(guān)，有起動(dòng)按鈕和停止按鈕。單步/連續(xù)開關(guān)為“1”=單步，“0”=連續(xù)。利用起保停電路設(shè)置起動(dòng)和停止，同時(shí)單步/連續(xù)的控制可加在兩個(gè)主控之前，判斷是單步還是連續(xù)。若是單步，則按一下啟動(dòng)按鈕會(huì)往前運(yùn)行一步，若是連續(xù)，則繼續(xù)上一個(gè)循環(huán)。

因起動(dòng)時(shí)燈管和流水燈同時(shí)起動(dòng)，停止時(shí)同時(shí)關(guān)閉。用相同的起保停電路加在兩個(gè)主控之前即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)斷。

軟件設(shè)計(jì)梯形圖如圖3所示。

圖3 軟件設(shè)計(jì)梯形圖

FX2N-48MR-001是日本三菱公司設(shè)計(jì)的可編程控制器（PLC），繼電器輸出及輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)，是目前FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器8kb，同時(shí)最大支持?jǐn)U展到256個(gè)I/O點(diǎn)。它有很多特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，例如：系統(tǒng)配置既固定又靈活、編程簡(jiǎn)單、備有可自由選擇、豐富的品種、令人放心的高性能、高速運(yùn)算、使用于多種特殊用途、外部機(jī)器通信簡(jiǎn)單化、共同的外部設(shè)備。

5 仿真結(jié)果

本次設(shè)計(jì)用了MELSOFT FX TRAINER進(jìn)行軟件仿真，雖然由于該軟件端口不夠，但是我們利用該軟件的一個(gè)端口代替一組流水燈，以此來(lái)達(dá)到各組燈同時(shí)亮起的效果。仿真時(shí)用了3個(gè)輸入，14個(gè)輸出。其中Y000-Y007代表中間8個(gè)燈管的輸出，Y010-Y015代表6組流水燈的輸出，共14組。輸入有3個(gè)，分別是X020（啟動(dòng)），X021（停止），X024（單步/連續(xù)）。該軟件在最后的模擬中的表現(xiàn)，證明我們的設(shè)計(jì)足以運(yùn)行并可以投入使用，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 仿真圖

6 結(jié)論

設(shè)計(jì)的霓虹燈控制系統(tǒng)以三菱公司芯片為核心，利用經(jīng)驗(yàn)編程法以梯形圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出能夠控制霓虹燈廣告屏燈的輪流亮滅的程序以及電路。PLC編程控制具有程序簡(jiǎn)單直觀、運(yùn)行穩(wěn)定、能有效抗干擾等特點(diǎn)，而一般純電路的實(shí)現(xiàn)方法則更加復(fù)雜，需要考慮一些通訊干擾等問(wèn)題，并且在初期的設(shè)計(jì)以及往后的更改和實(shí)際操作方面，都不如PLC來(lái)得便捷。故PLC控制系統(tǒng)的出現(xiàn)必定會(huì)拓寬霓虹燈市場(chǎng)。本文所寫PLC程序能夠?qū)崿F(xiàn)上述基本要求里的所有功能，能夠滿足霓虹燈在現(xiàn)實(shí)生活里的使用。若需要更改或添加其他要求也可通過(guò)PLC的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。PLC編程控制具有程序簡(jiǎn)單直觀、運(yùn)行穩(wěn)定、能有效抗干擾、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言簡(jiǎn)潔明了等特點(diǎn)。因此，用PLC編程無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間且容易上手，可解決霓虹燈相關(guān)的各類問(wèn)題。例如本設(shè)計(jì)中，中間8根燈管來(lái)回亮，且有各種時(shí)間間隔，以及周圍一圈的流水燈順序點(diǎn)亮，運(yùn)用PLC中的定時(shí)器、主控等功能便可實(shí)現(xiàn)。